9 風(fēng)扇103
9.1 風(fēng)扇類型介紹103
9.1.1 軸流風(fēng)扇 103
9.1.2 離心風(fēng)扇 103
9.1.3 混流式風(fēng)扇 103
9.2 風(fēng)機(jī)特性曲線和工作點(diǎn)103
9.2.1 無(wú)遮擋風(fēng)扇 103
9.2.2 受遮擋風(fēng)扇 104
9.3 噪音特性104
9.4 風(fēng)扇熱功耗的估計(jì)105
9.4.1 簡(jiǎn)單的熱平衡 105
9.4.2 效率曲線 106
9.5 Swirl106
9.6 風(fēng)扇氣流短路106
9.7 旁通107
9.8 死區(qū)107
9.9 離心風(fēng)扇107
9.9.1 RL90-18/24 108
9.9.2 RLF100-11/2 108
9.9.3 RG125 – 19/12 N 109
9.9.4 通過(guò)Flotherm網(wǎng)頁(yè)建立離心風(fēng)機(jī) 109
15 風(fēng)扇 130
風(fēng)扇工作點(diǎn)和系統(tǒng)阻力特性
風(fēng)扇使用壽命
入口或者出口風(fēng)扇
系統(tǒng)阻力特性
====================
9 風(fēng)機(jī)
9.1 風(fēng)機(jī)類型介紹
來(lái)源：W. Angelis: “General aspects of fan selection and layout”, Electronics Cooling Magazine 7(2) (2001)
S. Harmsen: “Papst Lüfter”, Ask your local Papst sales person for a copy.
小型通風(fēng)設(shè)備一般稱為風(fēng)機(jī)。根據(jù)風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和氣流流動(dòng)方向，可以對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行分類。下面對(duì)最重要的風(fēng)機(jī)類型進(jìn)行描述。
9.1.1 軸流風(fēng)扇
電子散熱領(lǐng)域軸流風(fēng)扇通常有一渦殼，并且其旋轉(zhuǎn)葉輪與馬達(dá)相連。
軸流風(fēng)扇葉片
9.1.2 離心風(fēng)扇
進(jìn)出口空氣成90℃。根據(jù)旋轉(zhuǎn)葉片大于90℃或小于90℃，這一葉片可以分為前向和后向。
具有后向葉片的離心風(fēng)扇
9.1.3 混流式風(fēng)扇
由于混流式風(fēng)扇在外形上與軸流風(fēng)扇相似，所以有時(shí)被稱為半軸流（semi-axial）風(fēng)機(jī)。在混合式風(fēng)扇中，空氣由葉輪軸方向進(jìn)入并且成對(duì)角排出。所以混流式風(fēng)機(jī)是介于軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇之間的一種風(fēng)扇。混流式風(fēng)扇比相同尺寸和轉(zhuǎn)速下的軸流風(fēng)扇有更高的壓頭，當(dāng)然這一壓頭值比相同尺寸和轉(zhuǎn)速下的離心風(fēng)扇來(lái)的小。
9.2 風(fēng)機(jī)特性曲線和工作點(diǎn)
9.2.1 無(wú)遮擋風(fēng)扇
風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)是風(fēng)機(jī)的特性曲線和管路阻力特性曲線的交點(diǎn)。
風(fēng)機(jī)特性曲線和管理特性曲線
建議：建議風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)位于風(fēng)機(jī)特性曲線的右下側(cè)。
9.2.2 受遮擋風(fēng)扇
嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品說(shuō)明書中的風(fēng)機(jī)特性曲線只是風(fēng)機(jī)在測(cè)量條件下的特性。如果風(fēng)機(jī)附近有東西遮擋，則風(fēng)機(jī)特性曲線有可能發(fā)生翹曲。
如果風(fēng)機(jī)受到壁面的遮擋，則其風(fēng)機(jī)特性曲線翹曲
9.3 噪音特性
下圖顯示了一個(gè)軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇的噪音特性曲線，在風(fēng)扇入口1m處測(cè)量所得的聲壓是流量的函數(shù)。
軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇聲壓特性曲線（實(shí)線、左軸）和風(fēng)扇特性曲線（虛線、右軸）的比較
對(duì)于上述的軸流風(fēng)扇其推薦的工作點(diǎn)在V=35M3/s ，此時(shí)其噪音最小。更低的噪音意味著軸承所受的應(yīng)力更小，由此可以增加風(fēng)扇的壽命。
換而言之：風(fēng)機(jī)的最佳工作點(diǎn)不是在最大體積流量處，而是在風(fēng)扇的最佳性能處。流量和壓力的乘積單位為：
9.4 風(fēng)扇熱功耗的估計(jì)
風(fēng)扇本身也會(huì)產(chǎn)生熱量，可以對(duì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)對(duì)話框中疊加風(fēng)扇功耗。
注意：不要將Data Sheets中的功率值作為風(fēng)扇的熱功耗。
9.4.1 簡(jiǎn)單的熱平衡
一個(gè)簡(jiǎn)單的風(fēng)扇功耗平衡可以表述為：靜能（Static energy）＋動(dòng)能（Kinetic energy）＋熱功耗＝電能
9.4.2 效率曲線
Harmsen給出了典型軸流風(fēng)扇的效率曲線。在效率為0.7時(shí)：
缺原文檔中的９．５ “Synopsis of Fan Data”
9.5 Swirl
當(dāng)風(fēng)扇葉片沒(méi)有很大的反壓力時(shí)，其旋轉(zhuǎn)分量大約為向前速度的 ，也就是說(shuō)高速的風(fēng)機(jī)其旋轉(zhuǎn)分量較小。如果風(fēng)扇的背壓比較高，則其旋轉(zhuǎn)分量為向前速度的 倍。
Flotherm中Flow Dependent Speed Swirl模型使用的是基于Papst相關(guān)信息的半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)置。可以從下圖中得到風(fēng)扇Swirl對(duì)靜壓的反作用：
一個(gè)具有固定壓力損失軸流風(fēng)扇旋流分量隨流動(dòng)變化圖。左邊刻度：靜壓。高壓時(shí)具有高角速度（旋流），低壓時(shí)具有高垂直速度。
注意：在Flotherm中定義Swirl方向?yàn)镃lock-/counterclock wise是基于風(fēng)扇的出口面（從上往下觀察）。與之不同，Papst產(chǎn)品目錄中風(fēng)扇旋流是基于入口面（從下往上觀察）。
9.6 風(fēng)扇氣流短路
每一類風(fēng)機(jī)都要確保氣流不短路，有時(shí)需要加裝隔板。當(dāng)風(fēng)扇處于氣流短路狀態(tài)下，其效率非常低。
左圖：風(fēng)扇短路，右圖：良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
9.7 旁通
空氣總是沿著阻力最小的通道流動(dòng)。當(dāng)空氣流過(guò)散熱器時(shí)比較容易出現(xiàn)旁通現(xiàn)象。
風(fēng)扇氣流旁通散熱器
詳細(xì)的資料可以參閱：R. Simons: “Estimating The Effect Of Flow Bypass On Parallel Plate-Fin Heat Sink Performance“, Electronics Cooling Magazine 10 (1) p.6 (2004)
9.8 死區(qū)
在軸流風(fēng)扇Hub的后面存在一個(gè)氣流死區(qū)。在這一區(qū)域無(wú)法對(duì)器件進(jìn)行冷卻。死區(qū)的范圍是大約以Hub直徑為直徑的半球范圍。所以散熱器和元件不能太靠近軸流風(fēng)扇。
9.9 離心風(fēng)扇
來(lái)源：S. Ziegler, H-H. Böttcher: “Erweiterung der Programmbibliothek eines modernen CFD-Tools durch Erfassen und Implementieren von Messdaten verschiedener Radiallüfter“. Studienarbeit Berufsakademie Stuttgart (2005)
其中主要的工作是獲取有關(guān)流場(chǎng)定性和定量的數(shù)據(jù)。采用紡織線可以獲得定性的結(jié)果，使用風(fēng)速儀可以獲得定量的結(jié)果。下面是一些emb-Papst風(fēng)扇的定量數(shù)據(jù)測(cè)試。
9.9.1 RL90-18/24
RL90-18/24的流動(dòng)跡線
9.9.2 RLF100-11/2
我們可以從下圖中看到，RLF100-11/2的流場(chǎng)比RL90-18/24更平穩(wěn)。
RLF100-11/2流動(dòng)跡線圖
9.9.3 RG125 – 19/12 N
和RLF100-11/2不相同，RG125 – 19/12 N的風(fēng)扇出口高度和風(fēng)扇高度不一樣。所以流場(chǎng)受到了限制，并且風(fēng)扇的出口速度有一角度。
9.9.4 通過(guò)Flotherm網(wǎng)頁(yè)建立離心風(fēng)機(jī)
可以通過(guò)登陸到Flotherm網(wǎng)頁(yè)，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)建立離心風(fēng)機(jī)模型。
Flotherm資料下載: 使用Flotherm進(jìn)行電子散熱仿真過(guò)程中涉及的物理學(xué)原理.pdf
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